[:en]Regenerative circuit [:de]Umlaufsteuerung[:pb]Circuito hidráulico regenerativo[:es]Circuito hidráulico regenerativo[:]

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[:en]Regenerative Circuit[:de]Differential-Schaltung bzw. Umlaufschaltung[:pb]Circuito hidráulico regenerativo[:es]Circuito hidráulico regenerativo[:]

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The so-called regenerative circuit can double the extension speed of a single-rod cylinder without using a larger pump. This means that regeneration circuits save money because a smaller pump, motor, and tank can produce the desired cycle time. It also means that the circuit costs less to operate over the life of the machine.

With this regenerative circuit an empty stroke can be driven at high speed until the workpiece is actually encountered.  When the piston almost reaches the workpiece, it can then be switched to small piston speed. The trick is the 3/2-way valve, which redirects the volume flow from the return line to the inlet side of the cylinder. The following video explains how this hydraulic circuit works:


For simplicity, a schematic representation of this regenerative circuit: This allows us to derive formulas:

Hydraulic regenerative circuit

Fig.: Hydraulic regenerative circuit

A higher output speed can be achieved with a so-called regenerative circuit. Applicable to hydraulic cylinders with piston rod on one side.

Principle: The volume Q2 displaced on the rod side is redirected to the piston side, so that:

The oil pressure acts both on the piston side and on the rod side. However, this reduces the resulting piston force. This results:

F1 = p * A1         and    F2 = p * A

               =>Fres = F1 – F= p (A1 – A2) = p * Arod

Questions of understanding:

Why can the piston extend within the differential circuit when the same pressure acts on the piston as on the rod side?
Answer: Because the areas on opposite sides of the piston are unequal, the cap end of the cylinder always has more force than the rod side.


Work order:
The hydraulic regenerative control is given with Qe = 20 l/min; p = 80 bar; piston area = 4,00 cm2,  anular area = 2,00 cm2.  Calculate the extending speed with and without redirecting the oil flow as well as the retracting speed! For the load circuit as shown, develop the corresponding electrical control circuit and, alternatively, a PLC control with its program!

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Die sogenannte Umlaufsteuerung  bzw. Differentialsteuerung kann die Geschwindigkeit eines Zylinders erhöhen, ohne dass eine größere Pumpe verwendet werden muss. Das bedeutet eine Verringerung der Kosten bei kürzerer Zykluszeit.

In der folgenden Trickschaltung kann der Zylinder mit zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausfahren. So kann ein Leerhub bis zum eigentlichen Antreffen des Werkstückes mit großer Geschwindigkeit überwunden werden, um dann auf kleine Geschwindigkeit beim Auftreffen des Werkstückes umschalten zu können. Der Trick besteht in dem 3/2-Wegeventil, welches den Volumenstrom in der Rückleitung umleitet und der Eingangsseite des Zylinders wieder zuführt.

Wie funktioniert der schnelle Vorlauf?  Das Video gab darüber schon Auskunft. Wir betrachten noch einmal: Das auf der Kolbenstangenseite verdrängte Volumen wird über das Ventil 1S1 zusätzlich zur Pumpenfördermenge zugeleitet, wie folgende Hydraulik - Differentialschaltung funktioniert:

Hydraulik - Umlaufsteuerung bzw. Differentialsteuerung, Umlaufschaltung bzw. Differentialschaltung

Hydraulik - Umlaufsteuerung bzw. Differentialsteuerung, Umlaufschaltung bzw. Differentialschaltung

Eine höhere Ausfahrgeschwindigkeit kann man mit einer sogenannten Differentialschaltung (auch Umströmungsschaltung genannt) erreichen. Anwendbar auf Hydraulikzylindern mit einseitiger Kolbenstange.

Prinzip: Das auf der Stangenseite verdrängte Volumen Q2 wird der Kolbenseite zugeleitet, so dass sich ergibt:

Q1 = Qe  +  Q2

A1  * v1  = Qe   +   A2  * v2

da v1 = v2 folgt:     A1 * v – A2 * v   =   Qe

 v   =    __Qe__
             A1 – A2                                                                                                                                 
bzw. da Kolbenfäche A1 - Ringfläche A2 = Stangenfläche folgt:  v = Qe/A St

Der von der Pumpe verdrängte Volumenstrom Qe erzeugt auf beiden Kolbenflächen einen Druck. Dadurch verringert sich die resultierende Kolbenkraft und der Wirkungsgrad sinkt stark ab:

Damit ergibt sich:

FK = p * AK      ¦          Fres = FK – FR = p (AK – AR)

FR = p * AR      ¦          Fres = p * AST

Der von der Pumpe verdrängte Volumenstrom Qe erzeugt auf beiden Kolbenflächen einen Druck. Dadurch verringert sich die resultierende Kolbenkraft und der Wirkungsgrad sinkt stark ab!

Bem.: Index `K` für Kolben
          Index `R` für Ring
          Index `St` für Stange

Verständnisfrage: Wieso kann der Zylinder in der Differentialschaltung ausfahren, wenn doch bei einem geschlossenem System der Druck überall gleich ist?

Antwort:  Weil die Kölbenfläche größer ist als die Ringfläche. Nach dem Gesetz von Pascal F = p * A ist nun die Kolbenkraft größer als die Ringgraft.


Hydraulische Umlaufsteuerung Aufgabe

Arbeitsauftrag: 

Gegeben ist die hydraulische Umlaufsteuerung mit Qe = 20 l/min; p = 80 bar; Kolbenfläche = 4,00 cm2,  Ringfläche = 2,00 cm2. Berechnen Sie die Ausfahrgeschwindigkeit mit und ohne Umströmung sowie die Einfahrgeschwindigkeit!

Entwickeln Sie zur neben abgebildeten Lastkreis den dazugehörigen Elektro-Steuerkreis und alternativ eine SPS-Steuerung mit Programm!

[:pb]
O seguinte circuito hidráulico mostra o chamado circuito regenerativo, que pode ser usado para aumentar a velocidade de extensão de um cilindro sem a necessidade de uma bomba maior. Isso permite que o tempo de ciclo seja realizado e por isso custos operacionais diminuídos.

Com este circuito regenerativo, um curso vazio pode ser conduzido em alta velocidade até que a peça seja realmente encontrada.  Quando o pistão quase alcança a peça de trabalho, ele muda a baixa velocidade.  O truque é a válvula de 3/2 vias, que redireciona o fluxo volumétrico da linha de retorno para o lado de entrada do cilindro. O vídeo seguinte explica como funciona este circuito hidráulico:

Por simplicidade, uma representação esquemática deste circuito regenerativo hidraulico: Isso nos permite derivar fórmulas:

Circuito regenerativo hidráulico

Fig.: O princípio do circuito regenerativo hidráulico

Uma velocidade maior do pistão pode ser obtida com um circuito chamado regenerativo. Somente aplicável a cilindros hidráulicos com haste de pistão em um dos lados.

Princípio: O volume Q2 deslocado no lado da haste é redirecionado para o lado do pistão:

Circuito Hidráulico Regenerativo - Calcular a velocidade do pistão

Circuito Hidráulico Regenerativo - Calcular a velocidade do pistão

A pressão do óleo atua tanto no lado do pistão quanto no lado da haste. No entanto, isto reduz a força resultante do pistão. F1 = p * Ae   F2 = p * A

               =>Fres = F1 – F= p (A1 – A2) = p * Arod


Questões de compreensão:

Por que o pistão pode se estender dentro do circuito diferencial quando a mesma pressão atua no pistão e no lado da haste?

Resposta: Como as áreas nos lados opostos do pistão são desiguais, o lado do pistão do cilindro sempre tem mais força do que o lado da haste.

[:es]
El siguiente circuito hidráulico muestra el llamado circuito regenerativo, que puede ser usado para aumentar la velocidad de extensión de un cilindro sin la necesidad de una bomba mayor. Esto permite que el tiempo de ciclo se realice y, por lo tanto, los costos operativos disminuidos.

Con este circuito regenerativo, se puede conducir una carrera en vacío a alta velocidad hasta encontrar la pieza.  Cuando el pistón casi llega a la pieza, pasa a velocidad baja.  El truco es la válvula de 3/2 vías, que redirige el flujo volumétrico de la línea de retorno al lado de entrada del cilindro. El siguiente vídeo explica el funcionamiento de este circuito hidráulico:

Para simplificar, una representación esquemática de este circuito regenerativo: Esto nos permite derivar fórmulas:

Circuito Hidráulico Regenerativo

Circuito Hidráulico Regenerativo

Se puede obtener una mayor velocidad del pistón con el llamado circuito regenerativo. Sólo aplicable a cilindros hidráulicos con eje de pistón en un lado.

Principio: El volumen Q2 desplazado en el lado del eje se redirige al lado del pistón:

Circuito hidráulico regenerativo - Cálculo de la velocidad del pistón

Circuito hidráulico regenerativo - Cálculo de la velocidad del pistón

La presión del aceite actúa tanto del lado del pistón como del eje. Sin embargo, esto reduce la fuerza resultante del pistón.

F1 = p * A1         y    F2 = p * A

 =>   Fres = F1 – F= p (A1 – A2) = p * Apiston


Preguntas de explicación:

¿Por qué el pistón puede extenderse dentro del circuito diferencial cuando la misma presión actúa en el lado del pistón y del eje?

Respuesta: Como las áreas de los lados opuestos del pistón son desiguales, el lado del pistón del cilindro siempre tiene más fuerza que el lado del eje.

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